主要内容
显微镜学
对显微镜以及它们的工作原理的简介。包括明视野显微镜学，荧光显微镜学，和电子显微镜学。
介绍
如果你遇到一些细胞生物学家，并让他们谈论在工作中最喜欢的东西，你可能会发现这都归结到一件事：暗地里，他们都是显微镜的狂热爱好者。说到底，他们真正喜欢的是有机会连续几个小时坐在一个黑暗的小房间里，通过美丽的显微镜镜头与他们最喜欢的细胞类型交流。这似乎很奇怪，但事实是，细胞可以相当华丽，就像活着的彩色玻璃。我最喜欢的例子之一便是下面的图片，它显示了一片拟南芥（一种与芥末类似的小型开花植物）的幼叶。
这张照片不是一个普通光学显微照片；这是一个被悉心处理过的植物的荧光照片——植物细胞里的各种细胞器被用不同的化学物质标记以产生荧光。然而，无论我们能否轻易看到，这种细胞的复杂性和美都在我们身边。
你能在任何植物中——从你后院的玫瑰，到人行道上生长的草，再到你作为零食吃的胡萝卜——看到细胞复杂却美丽地排列着。不仅仅在植物里，在你的皮肤，昆虫的翅膀，以及你选择看的几乎任何其他活组织中，你都能发现精致的细胞层。
我们，和我们身边的世界，都是由细胞组成的恢弘的大教堂。我们只需要一些显微镜便能欣赏它。
显微镜和镜片
虽然细胞的大小不同，但它们一般都相当小。例如，一个典型的人类血红细胞的直径约为8微米（0.008 毫米）。给你一些参照：一个针头的直径大约是一毫米，所以大约125个红血球可以在一个针头排成一行。除了少数个例, 单个细胞不能用肉眼看到，因此科学家必须使用显微镜（micro = "微小"；scope = "用来看的仪器")。 显微镜 是一种用来放大物体的仪器，产生物体看起来更大的图像。这些物体往往平时太小，难以被看到，比如细胞。大多数细胞照片都是用显微镜拍摄的，这些照片也被称为 显微照片。
从上面的定义来看，显微镜听起来只是一种放大镜。事实上，放大镜确实有资格作为显微镜；因为它们只有一个镜片，它们被称为简式显微镜。我们通常认为的显微镜，那些更花哨的仪器，是复式显微镜，这意味着它们有多个镜片。通过这些镜片的排列方式，它们可以弯曲光线，产生的图像比只用一个放大镜有更高的放大倍数。
在带有两个镜片的复式显微镜中，镜片的排列导致了一个有趣的结果：你看到的图像的方向相对于你正在检查的实际物体有翻转。例如，如果你看一张印纸上面写着字母“e”，那么你通过显微镜看到的图像将是“ə”。start superscript, 1, end superscript 更复杂的复式显微镜可能并不会产生一个颠倒的图像，因为它们含有一个额外的镜片将图像重新反转回正常状态。
是什么区别了基础的显微镜与研究实验室离使用的强大机器？对于显微技术来说，两个参数十分重要：放大率和分辨率。
- 放大率是是衡量显微镜（或显微镜内的镜片组）能使物体放大多少倍的指标。例如，高中和大学通常使用的光学显微镜可以将无题放大到400倍左右。这就代表着，现实生活中1mm宽的物体，在显微镜图像里将有400mm宽。
- 显微镜或透镜的 分辨率 是两个点可以分开并被区分为单独物体的最小距离。此值越小，显微镜的 分辨率 越高，图像的清晰度和细致度就越好。如果两个细菌细胞在载玻片上非常接近，他们在一台分辨率低的显微镜上会看起像一个模糊的点。但在具有高分辨率的显微镜上他们可以被区别开来。
如果你想要得到一些非常微小的东西的清晰图像，放大率和分辨率都非常重要。例如，如果一台显微镜有较高的放大率但分辨率较低，你只能得到放大版的模糊图像。不同类型的显微镜在放大倍率和分辨率上会有所不同。
光学显微镜
大多数学生用的显微镜是光学显微镜。在光学显微镜下, 可见光穿过样本 (你正在观察的生物样品)，并被镜片组弯曲，使你能够看到放大的图像。光学显微镜的一个好处是，它通常用来观察活细胞上，因此观察细胞在显微镜下进行其正常行为（例如，迁移或分裂）是可行的。
学生实验室微镜往往是 亮视野 显微镜，这意味着可见光线通过样品直接形成图像，没有任何修改。较复杂的显微镜使用光学技术来加强对比度，使细胞和组织的细节更容易看到。
另一种类型的光学显微镜是 荧光显微镜， 用于成像发出荧光（吸收一个波长的光并发出另一个波长）的样品。一个波长的光被用来激发荧光分子，发出另一个波长的光被收集起来，用来形成图像。在大多数情况下，我们要观察的细胞或组织的部分不是天然荧光的，而是在用显微镜观察前必须被荧光染料或物质标记过的。
在文章开始处的叶子图片是使用一种特殊的荧光显微镜拍摄的，称为 共焦显微镜。共焦显微镜使用激光去激发薄薄一层样品，只收集来自目标层的发射光，产生清晰的图像，不受来自周围层荧光分子的干扰start superscript, 4, end superscript。
电子显微镜
一些尖端类型的光学显微镜（使用了超出我们上面讨论的技术）可以产生非常高分辨率的图像。然而，如果你想在非常高的分辨率看到非常小的物品，你可能要使用一种不同的，可靠的技术：电子显微镜。
电子显微镜与光学显微镜的不同之处在于，它们通过使用电子束而不是光束来产生样品的图像。电子的波长比可见光短很多，这使得电子显微镜能够产生比普通光学显微镜更高分辨率的图像。电子显微镜不仅可以用来检查整个细胞，还可以用来检查细胞内的亚细胞结构。
然而，一个限制是，电子显微镜样品必须被置于真空中（而且通常会经过繁多的防腐固化处理）才能成像。这意味着活细胞无法用电子显微镜成像。
在上图中，你可以比较 沙门氏菌 在光学显微镜（左）中与在用电子显微镜（右）拍摄的图像中外观的不同。细菌在光学显微镜中显示为微小的紫色圆点，而在电子显微镜中，你可以清楚地看到它们的形状和表面纹理，以及它们试图入侵的人类细胞的细节。
电子显微镜有两种主要类型。扫描电子显微镜（SEM）通过在细胞或组织的表面移动电子束，形成三维表面的详细图像。这种类型的显微镜被用来拍摄上面右图显示的 沙门氏菌 的图像。
相反，在 投射电子显微镜（TEM）中，样品在成像前被切割成极薄的切片（例如，使用钻石切割），且电子束通过切片而不是扫过表面start superscript, 5, end superscript。TEM常常被用来获取细胞内部结构的详细图像。
电子显微镜，想上图中的一样，比普通的光学显微镜要笨重得多，价格也要高得多。考虑到他们要处理的亚原子粒子，这或许并不奇怪!